Релейная защита и автоматика СЭС
Введение
Системы электроснабжения являются сложными производственными объектами кибернетического типа, все элементы которых участвуют в едином производственном процессе, основными особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера. Поэтому надёжное и экономичное функционирование систем электроснабжения возможно только при автоматическом управлении ими.
Распределительные электрические сети являются важным звеном в системе производства, передачи и потребления электрической энергии. Большое значение для надёжной работы электросетей имеет правильное выполнение и настройка устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗА) и в том числе правильный выбор рабочих параметров срабатывания (рабочих уставок) аппаратуры РЗА.
Курсовая работа по дисциплине «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий» является одной из важнейших составных частей общего курса РЗА. В процессе выполнения данной работы выбираются защиты и рассчитываются уставки для цеховых (заводских) распределительных сетей, производится согласование защит для обеспечения надёжности, максимального быстродействия и селективности.
1. Выбор кабелей системы электроснабжения
1.1 Выбор кабеля W6', питающего трансформатор T5
На основе данных выбираем трансформатор Т5 типа ТСЗ-160/10 ([6], табл.3.3).
В нормальном режиме работы длительный ток нагрузки составит:
А.
Примем коэффициент загрузки трансформатора в режиме длительной нагрузки и ПАР равным 1, так как отсутствует резерв. Следовательно Iн=Iн.max=Iном.Т5=14.663 А.
Выбираем кабель на 6 кВ марки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура окружающей среды +350 С).
Iдоп.ном=42 А ([1], табл. 1.3.18).
Расчетный длительный ток кабеля:
Iдоп=Кс.н.·Кср·Iдоп.ном=1·0.85·42=35.7 А,
где: Кс.н=1 ([1], табл. 1.3.26); Кср=0.85 ([1], табл. 1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=14.663 А < Iдоп=35.7 А.
Определим экономически целесообразное сечение:
мм2 > 10 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36 ).
Увеличиваем сечение кабеля до q=16 мм2.
Iдоп.ном=50 А ([1], табл. 1.3.18).
Расчетный длительный ток кабеля:
Iдоп=Кс.н.·Кср·Iдоп.ном=1·0.85·50=42.5 А,
где: Кс.н=1 ([1], табл. 1.3.26); Кср=0.85 ([1], табл. 1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=24.06 А < Iдоп=42.5 А.
Допустимый ток термической стойкости кабеля для времени действия 0.1 с основной релейной защиты (МТО) на Q14 равен:
кА,
где: С=94 А·с2/мм2 – для кабелей с алюминиевыми однопроволочными жилами;
tс.з.=0.1 с – предполагаемое время действия основной релейной защиты;
to.Q=0.1 c – полное время отключения выключателя КЛЭП;
τа=0.01 с – постоянная времени апериодической составляющей тока КЗ.
1.2 Выбор кабеля линии W6
На основе данных выбираем трансформаторы Т3 и Т4 марки ТСЗ-160/10 ([6], табл.3.3).
В нормальном режиме работы, при коэффициенте загрузки трансформатора Т4 равном 0.7, а трансформатора Т5 – 1, ток нагрузки будет равен:
А.
Максимально возможный ток нагрузки (ток в ПАР) равен:
А.
Выбираем кабель на 6 кВ марки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура среды +350С).
А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительно допустимый ток кабеля:
А,
где: ([1], табл. 1.3.26); ([1], табл.1.3.3).
Условие не выполняется: Iн.max=35.191 А > Iдоп=33.201 А, следовательно выбираем кабель сечением 16 мм2.
А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительно допустимый ток кабеля:
А,
где: ([1], табл. 1.3.26); ([1], табл.1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=35.191 А < Iдоп=39.525 А
Определим экономически целесообразное сечение:
мм2 < 16 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый ток термической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 0.1 с основной релейной защиты (МТО) на Q14 равен:
кА.
1.3 Выбор кабеля линии W5, питающей трансформатор Т3
Кабель питает трансформатор мощностью 160 кВА. В нормальном режиме работы, при коэффициенте загрузки трансформатора Т3 равном 0.7, ток нагрузки будет равен:
А.
Максимально возможный ток нагрузки (ток в ПАР) равен:
А.
Выбираем кабель на 6 кВ марки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура среды +350С).
А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительно допустимый ток кабеля:
А,
где: ([1], табл. 1.3.26); ([1], табл.1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=20.528 А < Iдоп=33.201 А.
Определим экономически целесообразное сечение:
мм2 < 10 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый ток термической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 0.1 с основной релейной защиты (МТО ) на Q13 равен:
кА.
1.4 Выбор кабелей, питающих асинхронные двигатели (АД) М1 и М2, М3 и М4
Номинальный ток АД серии АТД исполнения 2АЗМ1-800/6000УХЛ4 ([6], табл. 4.6):
А,
где: кВт – номинальная активная мощность АД ([6], табл. 4.6);
кВ – номинальное напряжение АД ([6], табл. 4.6);
– коэффициент мощности ([6], табл. 4.6);
– номинальный коэффициент полезного действия АД ([6], табл. 4.6).
Выбираем кабель на 6 кВ марки ААГ-3×70 для прокладки в канале (температура среды +350 С).
А ([1], табл.1.3.18).
Расчётный длительно допустимый ток кабеля:
А.
Условие выполняется: Iном.М=89.283 А < Iдоп=114.75 А.
Определяем экономически целесообразное сечение:
мм2 < 70 мм2.
При использовании кабеля со сплошными жилами допустимый ток термической стойкости для предполагаемого времени действия 0.1 с основной релейной защиты (МТО) равен:
кА.
1.5 Выбор кабелей линий W3 и W4
Линия питает трансформатор Т3 мощностью 160 кВА и АД М3 мощностью 800 кВт. В нормальном режиме работы ток в линии равен:
Iн.W3=Iн.W5+Iном.М3=24.927+89.283=114.21 А.
Максимально возможный ток нагрузки (ток в ПАР) равен:
Iн.max=2·Iн.W3+Iн.W6'=2·114.21+14.663= 243.083 А.
Определяем допустимый ток кабеля :
А,
где: Кп=1.35, принимая коэффициент загрузки линии в нормальном режиме Кз=0.6 и время ликвидации аварии равным 3 ч ([1], табл.1.3.2);
Кс.н.=0.93, принимая прокладку кабелей к РП в одной траншее (земле), лежащих рядом на расстоянии 300 мм ([1], табл.1.3.26);
Кср=1.0, для нормальной температуры среды (+150 С) ([1], табл.1.3.3).
Выбираем кабель на 6 кВ марки ААШв-3×95 для прокладки в земле (температура среды +150 С).
А ([1], табл. 1.3.16).
Условие выполняется:
Iдоп.ном =225 А > Iдоп=193.6 А.
Определим экономически целесообразное сечение:
мм2 < 95 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый ток термической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 1.2 с основной релейной защиты (МТЗ) на Q3 равен:
кА.
1.6 Выбор сечения провода воздушной линии питающей РУ
Питание РУ осуществляется по двум ВЛЭП длиной 0.75 км. В свою очередь РУ питает 2 трансформатора ТM-6300/10. Номинальный ток трансформатора равен:
А.
Максимально возможный ток (ток в ПАР) равен:
Iн.max=2·Iном.Т=2·364=728 А.
Выбираем провод марки АС сечением 330 мм2 – Iдоп=730 А ([1], табл. 1.3.29).
2. Предварительный расчет токов КЗ
Исходная схема электроснабжения и схема замещения для расчёта токов КЗ представлены на рис. 2 и рис. 3 соответственно.
Выбранные кабели проверим на термическую стойкость при КЗ (для одиночных кабелей при КЗ в начале кабеля или при КЗ за пучком кабелей при их параллельном соединении). Расчет токов проведем для 3х точек: К-1, К-2 и К-3. Расчёт токов КЗ производится в именованных единицах.
2.1 Определение сопротивления элементов схемы замещения, приведённые к напряжению Uб = 6.3 кВ
1) Сопротивление системы:
Ом,
где: кВ - среднее напряжение на котором находится система.
2) Сопротивление воздушной линии 10 кВ:
Ом,
где: Ом/км - удельное сопротивление линии.
3) Сопротивление трансформаторов Т1 и Т2 ТM-6300/10:
Ом.
4) Активное и реактивное сопротивления кабельных линий W3 и W4:
Ом;
Ом,
где: xуд, rуд - удельные сопротивления кабеля ([5], табл. 3.5).
5) Сопротивление асинхронных двигателей М1, М2, M3 и М4 (Рном.М1 =800 кВт) при номинальной нагрузке:
Ом.
6) Активное и реактивное сопротивления линии W5:
Ом;
Ом.
7) Активное и реактивное сопротивления линии W6:
Ом;
Ом.
2.2 Расчет тока КЗ в точке К-1
Суммарное сопротивление от энергосистемы до точки К-1 равно:
Ом.
Начальное значение периодической составляющей тока в месте КЗ со стороны системы:
кА.
Начальное значение периодической составляющей тока в месте КЗ со стороны асинхронных двигателей М1 и М2:
кА.
Определяем необходимость учета подпитки от АД:
,
что больше 2 и подпитка от АД учитывается.
Суммарное значение периодической составляющей тока в точке К-1 (в начале КЛЭП W3):
кА < кА.
Таким образом, кА < кА.
Вывод: Для обеспечения прохождения периодической составляющей тока КЗ в точке КЗ К-1 кабель сечением 95 мм2 подходит.
2.3 Расчет тока КЗ в точке К-2
Результирующее сопротивление со стороны энергосистемы для точки К-2:
Ом.
Токи трёхфазного КЗ на шинах РП со стороны энергосистемы и двигателей при включенном секционном выключателе QB2:
кА;
кА.
Определяем необходимость учета подпитки от АД:
,
что больше 2 и подпитка от АД учитывается.
Суммарное значение периодической составляющей тока в точке К-2 (в начале КЛЭП W5 и W6):
кА > кА.
Ток термической стойкости кабеля W6 равен IтерW6=3.282 кА, а кабеля W5 – IтерW5=2.051. Следовательно сечение этих кабелей увеличим до q=35 мм2, тогда:
кА.
Заново считаем:
Ом;
Ом,
где – новые удельные сопротивления кабелей ([5], табл. 3.5).
